Pattern sensitivity Campbell & Robson (1968).

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1 pattern sensitivity Campbell & Robson (1968)

2 pattern sensitivity wie gut nimmt man einfache Muster wahr?
Schwellenmessung: UV: Kontrast und Raumfrequenz Typische Stimuli: eindimensionale Gitter Sinusfunktion bestimmt Helligkeitsschwankung Variation durch Kombination von Sinusschwingungen

3 warum ist das interessant?
Erkennung von kontrastreichen Strukturen Kanten Grundlegende visuelle Verarbeitung (V1) Aufschluss über Verarbeitungsmechanismen Kanten strukturieren visuelle Information Objekterkennung?

4 pattern sensitivity wie gut nimmt man einfache Muster wahr?
Schwellenmessung: UV: Kontrast und Raumfrequenz 3 Fragen Was ist Kontrast? Was ist Raumfrequenz? Wie ändert sich die pattern sensitivity mit der Raumfrequenz?

5 Kontrast & Raumfrequenz
Lmax- Lmin Kontrast = 2 * L Lmin= 0 Lmin= 0.25 Lmin= 0.5 Lmax= 1.0 Lmax= 0.75 Lmax= 0.5 → Kontrast = 1.0 → Kontrast = 0.5 → Kontrast = 0

6 Kontrast & Raumfrequenz
Kontrastsensitivität ist abhängig von Raumfrequenz Raumfrequenz = Anzahl Musterwiederholungen / Raum [cpd] cycles per degree Niedrige Raumfrequenz Hohe Raumfrequenz Sehwinkel der Daumenbreite bei ausgestrecktem Arm: ca. 2°

7 Kontrastsensitivität

8 Kontrastsensitivität
Höchste Empfindlichkeit: Muster zwischen 1-10 cpd passen 2-20 mal auf Daumen Für feinere Muster stark abfallende Sensitivität Natürliche Grenze: etwa ab 76 cpd blurring d. Auges < 1cpd (grob): etwas abfallende Sensitivtät Neuronale Mechanismen

9 Kontrastsensitivität
Räumliche Frequenz

10 warum ist das interessant?
Grundlegende visuelle Verarbeitung (V1) Aufschluss über Verarbeitungsmechanismen Idee der linearen Abbildung Lineare Verarbeitung im visuellen System abgeleitet von der Netzhautabbildung forschungsfreundliche Annahme… was ist das überhaupt?

11 Lineare Abbildungen f(Urbild)

12 Lineare Abb.: Homogenität
Netzhautabbild Stimulus x * x *

13 Lineare Abb.: Überlagerung
Netzhautabbild Stimulus + +

14 Lineare Abbildungen 2 Grundprinzipien: Anwendung auf visuelles System
Homogenität (Gewichtung Urbild = Gewichtung Abbild) Überlagerung (Abbild = Summe der Einzelteile) Anwendung auf visuelles System Linearität nicht nur von Stimulus zu Netzhaut, sondern auch von Netzhaut in visuellen Kortex → Bsp. Nicht-Linearität: Simultaner Farbkontrast Test durch zusammengesetzte Stimuli

15 Fourier-Analyse Einfachstes Muster: variiert nur in einer Dimension
z.B. Helligkeit in x-Richtung 1.0 Helligkeit 0.5 2π 0.0 1.0 0.5 0.0 3. Harmonische 1.0 0.5 0.0 7. Harmonische 1.0 0.5 0.0 5. Harmonische

16 Fourier-Analyse sinus square Enthaltene Komponenten
2π Um π/4 kleiner 2π Enthaltene Komponenten Enthaltene Komponenten Um π/4 grösser Fundamentale 3. Harmonische 5. Harmonische 7. Harmonische

17 square vs. sinus square lässt sich in sinus zerlegen
Grösste Amplitude: Die Fundamentale → Beeinflusst den Kontrast am stärksten square vs. sinus mit identischem Kontrast: Fundamentale in square kontrastreicher (um π/4) Bei linearer Abbildungen der Frequenzen: Welcher Stimuli müsste die niedrigere Wahrnehmungsschwelle haben – square- oder sinus-Welle? Warum?

18 π/4 square sinus square/sinus ratio

19 Campbell & Robson (1968) Sensitivität sinus- vs. square-Welle:
Sensitivität für square grösser Verhältnis der empirischen Sensitivitäten: square/sinus = π/4 Entspricht genau dem Amplitudenverhältnis der fundamentalen Einzelfrequenz spricht für lineare Abb. der einzelnen Frequenzen

20 π/4 square sinus square/sinus ratio Warum fällt die square-Sensitivität bei niedrigen Raumfrequenzen weniger stark ab?

21 Fourier-Analyse sinus square Enthaltene Komponenten
2π 2π Enthaltene Komponenten Enthaltene Komponenten Um π/4 grösser Fundamentale 3. Harmonische 5. Harmonische 7. Harmonische

22 Einfluss der Reizintensität
500 cd / m² sinus square 0.05 cd / m²

23 andere zusammengesetzte Stimuli
Wellenformen, die auch gerade Harmonische enthalten: a b rectangle-Wellen duty cycle: a/b Gewichtung Fundamentale abhängig vom duty cycle sawtooth-Wellen

24 rectangle-Sensitivität

25 Diskriminationsschwelle square vs. sinus
bisher nur Wahrnehmungsschwellen bei schwellennahem Kontrast: square & sinus erscheinen gleich → Wahrnehmung < Diskrimination → da nur Fundamentale überschwellig Angenommen, Frequenzen werden unabhängig voneinander linear abgebildet… Der Wahrnehmungsschwelle welcher Schwingung entspricht dann die Diskriminationsschwelle zwischen einer square- und sinus-Welle?

26 Fourier-Analyse sinus square Enthaltene Komponenten
2π 2π Enthaltene Komponenten Enthaltene Komponenten Um π/4 grösser Fundamentale 3. Harmonische 5. Harmonische 7. Harmonische

27 Diskriminationsschwelle square vs. sinus
Square discrimination sinus threshold 1/3 sinus threshold

28 Campbell & Robson (1968) Ergebnisse sprechen für Linearität
Wahrnehmungsschwellen zusammen-gesetzter Stimuli entsprechen denen der fundamentalen Schwingung Diskriminationsschwellen entsprechen der Schwelle der 1. Harmonischen Schwingung → Verschiedene Raumfrequenzen werden unabhängig voneinander neuronal abgebildet

29 Diskussion Warum mehrere Frequenzbänder?
nicht das lineare Abbild wurde gemessen (= neuronale Aktivität) sondern Schwellen, also Entscheidungen Entscheidungen sind eine weitere Verarbeitung des neuronalen Abbildes und, da über mehrere Neurone integrierend, vermutlich nicht linear!

30 uni-resolution-model (Schade)
Stimulikomponenten neuronal: lineare Abbildung nicht-linear Entscheidung Ist da was? 1 Kanal uni-resolution-model: ein Kanal für alle Frequenzen → Stimulikombination erzeugen EIN lineares neuronales Abbild → Entscheidung = nicht-lineare Verarbeitung EINES Abbildes → da nicht-linear: Schwellen Einzelkomp. ungleich Schwelle Summe

31 multi-resolution-model (Schade)
neuronal: lineare Abbildungen nicht-linear frequenzspez. Entscheidung Stimulikomponenten Ist da was? Ist da was? multi-resolution-model: frequenzspezifische Kanäle → Stimulikombination erzeugen mehrere lineare neuronale Abbilder → Entscheidung = nicht-lineare Verarbeitung jedes Abbildes → Entscheidung ist frequenzspezifisch → Schwellen Einzelkomponenten determinieren Gesamtschwelle

32 Diskussion lineare Verarbeitung in frequenzspezifischen Kanälen
→ frequenzspezifische Adaptation

33 noch Fragen?